水下和空中爆炸冲击波传播特性对比分析

由于水和空气的物理属性差异以及与爆炸产物的界面作用效应不同,使得爆炸冲击波在水和空气中传播特性存在较大差异。通过构建自由场水下和空中爆炸耦合数值仿真模型,对水下和空中爆炸冲击波传播特性进行对比分析,研究了起爆介质对冲击波峰值压力、冲量、传播速度的影响;同时考虑冲击波与自由面反射的稀疏波相互作用过程,研究了近自由面对水下和空中爆炸冲击波传播特性的影响。研究表明,水下爆炸冲击波传播压强峰值及冲量均较空中爆炸大很多,对结构的潜在破坏能力较强;自由界面对冲击波传播特性存在较大的影响,在近自由面水下爆炸产生了冲击波水面切断及气穴现象,而在近自由面空中爆炸产生了冲击波增强效应。     

空心玻璃微球-混凝土复合材料的破坏与耗能的研究

为了获得的制作工艺简单的孔隙材料,利用水泥和空心玻璃微球制成含有孔隙的复合材料,并将该复合材料制成圆柱壳体,进行水下内爆炸实验。通过水下爆炸测试系统得到了爆炸过程中水中超压波形,并结合高速摄影技术捕捉壳体的变形破坏过程。实验结果表明,药柱爆炸后1.5ms,爆炸载荷在复合材料柱壳中形成破裂分界面;柱壳的破坏类型依次为顶部的气泡脉动、中间的爆炸冲击波的膨胀压缩和底部的应力波的拉伸破坏。结合水中超压经验公式和超压的实测值计算了水中冲击波能量占总爆炸能量的比例,计算结果表明空心玻璃微球-混凝土复合材料对爆炸能量能具有良好的耗散作用。     

水下爆破破冰爆炸冲击波传播规律数值分析

利用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟研究水下爆破破冰过程中爆炸冲击波压力的作用特征和传播规律,对比分析在冰体覆盖的相对封闭条件和常规水下爆炸时水中压力变化的差异性。研究表明:爆炸冲击波产生的水压力以炸药为中心向四周传播,对冰面破碎起主要作用,被扰动冰体主要发生振动折裂。炸药周围近区压力初始峰值大体上相同,爆源远区相差较大,冰盖的存在减弱了爆破能量的耗散。对于相同集中药包,入水深度直接影响爆破破冰效果。和常规水下爆炸相比,在冰体覆盖的相对封闭条件下水中峰值压力较小,衰减速度较慢。     

爆炸冲击波与高速破片对夹层结构的联合毁伤效应试验研究

为探讨爆炸冲击波和高速破片联合作用对夹层结构的毁伤机理,进行了钢-玻璃钢-钢夹层结构空中近爆模型试验,分析了结构变形破坏模式及冲击波与高速破片的联合毁伤机制。结果表明,爆炸冲击波和高速破片联合作用下,结构的毁伤程度远大于冲击波的单独作用。爆炸冲击波单独作用时,夹层结构前、后面板均产生褶皱变形,玻璃钢夹芯板则以大面积分层破坏和纤维层的脱落为主。而在爆炸冲击波和高速破片联合作用下,前面板以反向大变形和中部穿甲大破口为主,后面板以大变形和花瓣开裂为主,玻璃钢夹芯板则产生了较大的穿甲破口和分层破坏。爆炸冲击波能量主要通过前、后面板的塑性大变形和玻璃钢夹芯板的分层破坏吸收。高速破片的动能则主要通过前、后面板的剪切破坏、玻璃钢板的分层破坏和纤维层的拉伸断裂吸收。     

冲击波与液滴相互作用特性研究

为分析细水雾对舰船舱内爆炸强冲击波的耗散作用与机理,采用有限元仿真方法建立二维空间内冲击波作用于液滴的模型,分析冲击波与液滴相互作用的过程,分析过程中压力波以及液滴形态的变化。结论如下:高马赫数冲击波和低马赫数冲击波作用于液滴的破碎特性有两种较为典型的模式,反射波和透射波的变化受冲击波速度影响较大;低马赫数冲击波作用时,绕射波延伸较近,环流衍生成的低压区面积较小,过程进行较为缓慢,高马赫数冲击波作用时则相反。液滴破碎历程大致可分为四个阶段:钝化变形阶段、"人"字形变形阶段、拉长阶段和破碎阶段,各阶段特征明显;液滴的变形至破碎相比冲击波的传播过程呈现明显滞后性,冲击波传播过程迅速,产生的气动力持续影响液滴的形态变化。     

初始湍流对粉尘爆炸影响的实验研究

采用大型实验装置对管道相连的粉尘操作设备中粉尘爆炸的火焰和压力传播过程及其影响因素进行实验研究。实验装置由两个通过管道连接的不同体积容器构成,爆炸从一个容器中通过管道传播到另一个容器中。在不同的初始湍流度条件下进行粉尘爆炸实验,测试不同位置的火焰和压力信号。结果表明:随着初始湍流度的增大,爆炸的猛烈程度增强,火焰和冲击波的传播速度加快,初始湍流作为影响粉尘爆炸发展过程的重要因素之一,在进行粉尘爆炸的安全防护和设计时必须考虑其作用。     

水下接触爆炸下钢筋混凝土板毁伤模式探究

为了探究水下接触爆炸下钢筋混凝土板的毁伤破坏模式以及内部配筋的形变特性,利用AUTODYN软件建立了钢筋混凝土板水下接触爆炸全耦合精细模型,并通过水下接触爆炸现场试验,分析了水下接触爆炸荷载冲击下钢筋混凝土板的动态破坏全过程,探究了混凝土板内压力时程变化过程。结果表明：所建仿真耦合模型能够较好地描述水下接触爆炸下的爆炸冲击波传播以及钢筋混凝土板毁伤破坏过程;水下接触爆炸荷载作用下,钢筋混凝土板出现严重的冲切损伤,爆心区域板完全破碎、脱落,混凝土板整体变形较大,且内部配筋出现了较大的形变。     

地应力对岩石爆破开裂及爆炸地震波的影响研究

深部岩体爆破开挖是高地应力和炸药爆炸产生的动应力共同作用的结果。采用SPH-FEM耦合数值模拟方法,研究了地应力场对岩石爆破开裂及开裂区外地震波能量的影响。结果表明:随着地应力水平的提高,岩石爆破破碎区的范围缩小、裂纹扩展速度降低,非静水地应力场中破碎区内裂纹主要沿最大主应力方向扩展,但地应力对爆破粉碎区的形成几乎没有影响;地应力作用下爆破开裂区形态改变影响了爆炸地震波的能量及传播特性,随着地应力的增大,更多的炸药爆炸能转化为地震波能量,产生的高频地震波随距离衰减更快,且小主应力方向上的爆炸地震波能量更大。研究成果可为深部岩体爆破优化设计提供理论参考。     

接近爆炸作用下板状介质破坏数值模拟

利用有限元计算软件LS-DYNA建立板状介质破坏的三维模型,并用LS-DYNA970软件的求解器和后处理器对板状介质在爆炸作用下的破坏过程进行了数值模拟。通过数值模拟,再现了炸药爆炸后,冲击波的传播过程以及冲击波作用下板状介质的变形过程;并对爆破动载作用下板状介质破坏情况进行了相应的理论分析。     

软弱夹层对爆炸应力波传播过程的影响研究

针对含软弱夹层岩体爆炸应力波的传播过程,采用数值模拟的方法,探讨了软弱夹层厚度、位置及角度对爆炸应力波传播的影响规律。研究结果表明:爆炸应力波在软弱夹层界面处发生反射,产生的拉伸应力波使应力波能量在迎波面汇聚,加剧该部分岩体的破坏程度。随着软弱夹层厚度的增加,前方岩体拉应力峰值增长作用由近迎波面岩体向炮孔周边岩体传播,拉应力峰值增长率逐渐提高;同时,夹层阻隔作用增强,后方岩体有效应力峰值衰减加快。软弱夹层与起爆中心的间距减小使得夹层前方岩体拉应力峰值显著增长,而对夹层后方岩体的阻隔作用逐渐减弱。应力波能量主要汇聚在软弱夹层的垂直方向,致使岩体爆破产生的裂缝偏离水平测线方向而向软弱夹层法线方向发展。研究成果可用于指导类似地层隧道爆破施工设计。     

Suppressing a Laminar Flow Separation Zone by Spark Discharge at Mach Number M = 1.43

The influence of flow perturbations generated by an electric discharge on the region of interaction between a shock wave and laminar boundary layer in the flow on a flat plate at a Mach number of M = 1.43 has been experimentally studied. The oblique shock wave generated by a wedge mounted above the plate induced separation of the flow, while perturbations in the flow were introduced by a spark discharge on the model plate surface. It is established that the discharge leads to the formation of turbulent and thermal spots. The turbulent spot suppresses the separation zone, while the thermal spot leads to a local increase in the boundary layer thickness in the interaction zone.

     

Automatic extraction and registration of shock wave fronts from series interferograms of a flow field

Algorithms for extracting shock wave fronts from interferograms of a flow field and for registering time-series shock waves are proposed. Based on these, application software is developed on a PC-Vision 100 image-processing system. As application examples, interferograms of a primary high-explosive flow field and a real, solid rocket muzzle flow field are processed. The results indicate that the propagation velocity of the shock wave can be easily calculated with this method.     

偏心不耦合装药爆炸应力场的动光弹研究

利用全息动光弹实验系统对偏心不耦合装药爆炸应力场进行了研究。结果表明：装药结构对围岩中应力波的产生和发展有显著的影响;围岩中初始应力波峰值压力分布随药包与腔壁间隙的增大而降低;由于药包的偏心作用,围岩中产生的B波较球形耦合装药显著增强;S波的波阵面与爆扩形成的腔体形状有明显的几何相似特性,表明了围岩的破坏主要是S波作用的结果。该研究结果对于改进光面爆破装药结构提高光爆效果同样具有一定的借鉴价值。     

角联管网瓦斯爆炸冲击波与火焰波的传播特性

为了得出实际管网中瓦斯爆炸冲击波、火焰波的普适性传播特性,搭建了角联管网实验系统。通过平均升压速率和爆炸威力指数表征冲击波传播特性;通过火焰传播速率表征火焰波传播特性。结果表明:冲击波在角联管网中传播时出现了多次衰减与叠加,冲击波的正向传播和冲击波在管网所有互连管道中的反向传播叠加在一起,导致冲击波的传播呈现复杂无序状态。冲击波传播在不同的管道结构时,经过45°分岔管道时爆炸威力最大;在斜角联支管中,压力损失最大,超压爆炸威力下降幅度最大,火焰波传播速率最快;底部直管中的火焰波传播速率最慢。可为瓦斯爆炸灾害发生后应急救援方案的制定提供理论参考。     

Coefficients of transformation of long-wavelength perturbations of a supersonic incident flow around a wedge into pressure fluctuations on its surface

The interaction of different types of long-wavelength perturbations of a supersonic incident flow around a wedge with an arising shock wave is simulated numerically. The results of parametric calculations are compared with the data of the linear theory for the interaction of perturbations with a shock wave in the absence of a body. Data on the structure of pressure fluctuations behind the shock wave on the wedge and data on the coefficients of transformation of external perturbations represented in the form of analytical dependences on the angle of inclination of the shock wave, the angle of propagation of external perturbations, and the incident Mach number are obtained.     

Nonstandard analysis of a converging shock wave in a nonideal gas

The problem of propagation of strong plane and converging shock waves in an unsteady inviscid nonideal gas is studied. A nonstandard analysis is used to derive the jump conditions for both shock waves. It is assumed that the jump occurs on an infinitesimal interval and jump functions in the flow parameters are smooth across this interval. The distribution of the flow parameters across the shock wave is expressed in terms of the Heaviside functions. Numerical computation to study the distribution of the flow parameters is performed.     

Correlations study in shock wave/turbulent boundary layer interaction

The shock waves/turbulent boundary layer interaction is a problem of critical importance that is frequently encountered in designing flying vehicles. Presently, the most topical issue is the investigation of nonstationary phenomena (in particular, low-frequency effects) involved in this interaction. We have experimentally studied separated flows in the zone of interaction between an obliquely incident shock wave and a turbulent boundary layer at a Mach number of M = 2. Correlation data in the separation zone and the upstream flow were obtained. It is established that low-frequency oscillations in the reflected shock are related to the pulsation in the inflow boundary layer.     

爆炸冲击粉碎纳米粉末硬团聚体的机理分析

阐述了粉末硬团聚体的形成以及爆炸冲击粉碎法的原理 ,从理论上分析了冲击粉碎过程的能量消耗、冲击波相关系数的求算 ,以及冲击粉碎时粉体的运动速度与粉碎极限半径之间的关系     

冲击波在泡沫铝中的传播和衰减特性

用平面冲击波实验对相对密度为0.396的开孔泡沫铝的冲击波压缩特性进行了研究,采用PVDF传感器技术测量并分析了泡沫铝中的冲击波应力波形及其传播速度.在泡沫铝样品中不同位置处记录的应力波形显示随着在泡沫铝中传播距离的增加,冲击波应力峰值迅速衰减,归一化的冲击波应力峰值随传播距离呈指数关系变化,另外,冲击波的传播速度也随距离的增加而呈线性关系减慢.